Sonlu Elemanlar Analizi (FEA) | Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) ve Modelleme

Mühendislikteki zorlu problemler genellikle analitik kullanılarak çözülemezken, gerçek bileşenler üzerindeki testler çoğunlukla zaman alır ve yüksek maliyetlidir ya da en basitinden gerçekleştirilmesi çok zordur. Bu özellikle tüm vagonların, yük vagonlarının veya bunların büyük alt bileşenlerinin yapısal bütünlük değerlendirmesi için geçerlidir.

Ancak artan bilgisayar performansı ile birlikte, teknik problemlerin yaklaşık çözümü için sonlu elemanlar yöntemi (FEM) gibi sayısal simülasyon teknikleri uygulanabilir. FEM, aksi takdirde çözülmesi mümkün olmayan mühendislik problemleriyle ilgili kısmi diferansiyel denklemleri çözmek için en yaygın kullanılan sayısal yöntemdir. FEM, büyük bir sistemi sonlu elemanlar olarak adlandırılan daha küçük, daha basit parçalara böler. Bir olayı FEM ile incelemek veya analiz etmek genellikle sonlu elemanlar analizi (FEA) olarak adlandırılır.

Bugün FEA, 3M'in içinde ve dışında pek çok disiplinde teknik hesaplamalar için kullanılan köklü ve önemli bir analiz aracıdır. FEA'nın uygun basitleştirmeler ve varsayımlarla birlikte kullanılmasıyla, raylı sistem araçları gibi son derece karmaşık yapılar bile, DIN EN 12633 (Raylı Sistem Taşıtı Gövdelerinin Yapısal Gereklilikleri) ve DIN EN 15227 (Raylı Sistem Taşıtı Gövdelerinin Çarpmaya Dayanıklılık Gereklilikleri) sektör standartlarının gerektirdiği şekilde yapısal performansları, bütünlükleri ve çarpmaya dayanıklılıkları açısından değerlendirilebilir. Özellikle raylı sistem taşıtlarının ve parçalarının yapıştırılmasında kullanılan bir diğer önemli sektör standardı, dört parçadan oluşan DIN 6701'dir, bkz [1]. Üçüncü kısım, DIN 6701-3, özellikle raylı sistem taşıtları üzerindeki yapışkan bağların yapımı, tasarımı ve değerlendirilmesine yöneliktir.

Yapıştırıcı için FEA aracılığıyla gerçekleştirilebilen bir kuvvet değerlendirmesi gereklidir. Daha genel bir anlamda bu, aynı zamanda raylı sistem sektörü ile sınırlı olmayan yeni standart DIN 2304-1'in bir parçasıdır, bkz. [2]. Tüm bunlar, 3M'in bir parçası olduğu ULWAK projesinde incelendiği gibi raylı sistem sektöründe yapışkanlı birleştirme teknolojilerinin daha fazla kullanılması ve çok malzemeli yapıların ve hafif tasarımın sağlanmasına yardımcı olmada kilit noktalardır, bkz. [3].

Hesaplama verimliliği açısından, kalın (yani 1,5 mm'den büyük) kauçuk benzeri elastik bağlar için yapıştırıcı kuvveti değerlendirmesi yapmak mümkündür. Bununla birlikte, vagon bileşenlerinin boyutlarındaki ve bağ kalınlıklarındaki muazzam farklılıklar nedeniyle, bağ kalınlığı üzerinde kabul edilebilir bir element çözünürlüğü ile ince (yani 1,0 mm'den küçük) bağlar için yapıştırıcı kuvveti değerlendirmesini aynı anda gerçekleştirmek neredeyse imkansızdır. Zorluklardan biri, yüklerin ve sınır koşullarının tüm sistemden daha küçük bir alt sisteme aktarılmasıdır.

Diğer bir zorluk, yapıştırıcı için uygun bir malzeme modelinin tanımlanmasıdır. FEA aracılığıyla güvenilir sonuçlar elde etmek için, soruna dahil olan tüm malzemelerin doğru modellerinin bulunması çok önemlidir. Bazen malzeme veri kartları olarak da adlandırılan bu tür malzeme modelleri, gerçek malzemenin mekanik davranışını açıklar ve malzemelerin uygun şekilde test edilmesi ve karakterizasyonu ile belirlenen ana fiziksel etkileri ideal olarak yansıtır.

Her sonlu elemanlar analizi, simüle edilecek her malzeme için kalibre edilmiş bir malzeme modeli gerektirir. Gerekli malzeme parametrelerini belirlemek için farklı teknikler kullanılabilir. Tüm bu teknikler, deneysel test verilerini ve uygun bir malzeme modelinin seçilmesini gerektirir. Bunu, deneysel veriler kullanılarak model parametrelerinin belirlenmesine yönelik bir prosedür izler, yani modelin deneysel verilere göre kalibrasyonu, onaylanması ve doğrulanması. Doğrulama, bir T-sıyrılma testine veya tek bir bindirmeli kesme testine dayalı olarak yapılabilir. Tamamlandığında model, bulunulan varsayımlar altında iyi performans gösterir.

3M'nin küresel teknik destek ekibi, yapıştırıcı karakterizasyonu, modelleme ve simülasyonla ilgili sorularınıza yanıt vererek sizi desteklemeye hazırdır. Performansı, hasarı, arızayı, tekerlek gürültüsünü azaltmak için titreşim sönümleme (NVH) üzerindeki etkiyi modellememize ve tahmin etmemize olanak tanıyan yapısal ve basınca duyarlı yapıştırıcılar için son teknoloji test ve simülasyon özellikleri, bkz. [4] ve diğer birçok uygulama geliştirdik.